监听共享式网络

大爱育人科学发展引领项目：企业网组建——监听共享式网络《构建中小型企业网络》项目化课程课件泰州职业技术学院电子与信息工程系江苏省特色专业——计算机应用技术目录•需求分析•技术原理——为什么要网络分层?•技术原理——TCP/IP协议栈•技术原理——集线器HUB工作原理•项目实施与评分标准•子项目总结泰州职业技术学院电子与信息工程系江苏省特色专业——计算机应用技术需求分析泰州职业技术学院电子与信息工程系江苏省特色专业——计算机应用技术需求分析——项目背景•Bob刚进入一家新公司担任销售代表,三个月试用期后,人事经理通知他被解聘了,理由是上班时间经常QQ聊天和登录娱乐网站,并且其聊天内容不是与业务相关内容。?上班勿聊天，遵守职业劳动纪律泰州职业技术学院电子与信息工程系江苏省特色专业——计算机应用技术需求分析——场景模拟还原BobBossAlice集线器Hub1.三台PC连在同一个HUB上,配成同一个网段的IP地址;2.PC1与PC2用飞鸽或NETMEETING软件进行聊天.3.PC3用抓包软件(Sniffer或Comview)进行分析.Internet泰州职业技术学院电子与信息工程系江苏省特色专业——计算机应用技术技术原理——为什么要网络分层?泰州职业技术学院电子与信息工程系江苏省特色专业——计算机应用技术层次化的邮政系统•邮政系统为什么要分层?本地邮政支局本地邮政支局本地邮政支局河西区邮政支局本地邮政支局海淀邮政支局东城邮政支局用户投寄邮件支局把发往外地邮件投到市总局市总局按地址往省市邮政局投寄邮件、发往天津的邮件投到天津市支局收到市邮政局来的邮件按地址交给用户省市邮政局收到各地局来的邮件按地址发往各支局天津市邮政局沈阳市邮政局北京市邮政总局长沙市邮政局“分层”可将庞大而复杂的问题，转化为若干较小的局部问题，而这些较小的局部问题就比较易于研究和处理。泰州职业技术学院电子与信息工程系江苏省特色专业——计算机应用技术邮政网络的层次结构•同层间需要约定规则——协议；•对等层之间遵循相同的规则;•下层通过服务访问点SAP(ServiceAccessPoint)为上一层提供服务.信件邮局分拣邮包邮政网络邮政运输交通运输信件邮局分拣邮包邮政网络邮政运输信件格式寄信方式分拣邮包规则邮路选择运输方式泰州职业技术学院电子与信息工程系江苏省特色专业——计算机应用技术OSI/RM与TCP/IP•网络分层的两种标准：应用层表示层会话层传输层网络层数据链路层物理层应用层传输层Internet层网络接口层国际标准OSI/RM(OpenSystemInterconnectionReferenceModel,开放系统互连参考模型)非国际标准TCP/IP现在获得了最广泛的应用泰州职业技术学院电子与信息工程系江苏省特色专业——计算机应用技术协议数据单元数据封装•发送数据的过程，就是一个数据封装的过程数据段Segment数据包Packet比特Bit数据帧Frame传输层数据链路层物理层网络层数据数据传输层报头数据网络层报头数据数据链路层报头0101110101001000010表示层应用层会话层源端口号+目的端口号源IP+目的IP＋上层协议源MAC+目的MAC将数据帧转换成高低电平，即“0”或“1”代码消息Message协议数据单元（PDU）泰州职业技术学院电子与信息工程系江苏省特色专业——计算机应用技术数据拆封•接收数据的过程，就是一个数据拆封的过程传输层数据链路层物理层网络层数据数据数据数据0101110101001000010表示层应用层会话层泰州职业技术学院电子与信息工程系江苏省特色专业——计算机应用技术技术原理——TCP/IP协议栈泰州职业技术学院电子与信息工程系江苏省特色专业——计算机应用技术什么是协议？•协议——两个或多个通信实体间所交换消息的格式与顺序,以及在发出收到一个消息或者发生其他事件时所采取的行动。HiHiGotthetime?2:00TCPconnectionreq.TCPconnectionreply.filetime泰州职业技术学院电子与信息工程系江苏省特色专业——计算机应用技术各层之间的关系比较•中国与美国两家小孩写信的故事来类比网络各层的功能。主机=房子进程=堂兄妹应用程序消息=信封里的信传输层协议=每家的老大网络层协议=邮递服务(包括邮递员)数据链路层协议＝物流（包括飞机、火车、汽车、轮船等运输）泰州职业技术学院电子与信息工程系江苏省特色专业——计算机应用技术TCP/IP协议栈泰州职业技术学院电子与信息工程系江苏省特色专业——计算机应用技术应用层协议•应用层的作用主要是为应用软件提供接口，从而使得应用程序能够使用网络服务。•每个网络应用协议都拥有client端与server端。•http,ftp,telnet,dns,smtp,pop3……客户端运行浏览器Explorer服务器运行Webserver客户端运行浏览器Explorer泰州职业技术学院电子与信息工程系江苏省特色专业——计算机应用技术传输层的端口号•传输层负责建立端到端的连接，负责数据在端到端之间的传输•传输层通过端口号区分上层服务一台计算机进程给另一台计算机进程发消息，需要(a)接受主机地址；（IP地址）(b)接受主机内部标识接受进程的标识符（端口号）。类比：一个公司的地址和公司内部部门的所在房间号．Q:常用端口号有哪些？泰州职业技术学院电子与信息工程系江苏省特色专业——计算机应用技术常见端口号FTPTCP20，21TelnetTCP23HTTPTCP80DNSTCP,UDP53TFTPUDP69Well-known端口：0-1023注册端口：1024-49151动态或私有端口：49152-65535泰州职业技术学院电子与信息工程系江苏省特色专业——计算机应用技术源端口号与目的端口号•为什么服务器端要使用熟知（Well-known）端口号?主机A102823…源端口目的端口主机B应用客户端使用的源端口号一般为系统中未使用的且大于1023；目的端口号为所进行的操作。如telnet为23。泰州职业技术学院电子与信息工程系江苏省特色专业——计算机应用技术传输层协议•TCP(面向连接)与UDP(无连接)–UDP建立是面向无连接的，而TCP开始传送数据前需要三次握手。因此UDP不会带入延迟。对于需要可靠的传输则选择TCP,对于要求速度无延迟的传输选择UDP。–UDP无连接状态，TCP在系统终端之间需要保持连接，连接状态指缓冲区、拥塞控制参数，以及顺序和确认参数。–UDP小量数据包头部开销。TCP有20字节的头部信息，而UDP只有8个字节。–不用对发送速率进行管理，当发送方和接受方的一个或多个连接变得极为拥挤时，TCP会使用其拥塞控制机制来对发送方加以限制。泰州职业技术学院电子与信息工程系江苏省特色专业——计算机应用技术TCP与UDP报文格式源端口号(16比特)目的端口号(16比特)顺序号(32比特)应答号(32比特)窗口大小(16比特)校验和(16比特)选项和填充数据32位数据偏移保留TCP控制位紧急指针(16比特)20字节源端口号(16比特)目的端口号(16比特)其它UDP控制信息数据校验和(16比特)32位8字节•TCP报文格式•UDP报文格式泰州职业技术学院电子与信息工程系江苏省特色专业——计算机应用技术TCP三次握手•模拟三十年后师生见面的情形主机A主机B发送SYN＝1(seq#=100)步骤1步骤2接收SYN发送SYN＝1,ACK＝1(seq#=300ack#=101)建立连接，ACK＝1(ack#=301)接收SYN,ACK学生老师步骤3泰州职业技术学院电子与信息工程系江苏省特色专业——计算机应用技术TCP超时重发HostAlosstimeoutHostBXHostASeq=92timeouttimeHostBSeq=100timeout泰州职业技术学院电子与信息工程系江苏省特色专业——计算机应用技术TCP窗口数的应用发送方第三个数据段被丢弃接收方Window大小为发送方或接收方的缓存大小。Windowsize=3发送1Windowsize=3发送2Windowsize=2发送3Windowsize=2发送4Windowsize=3发送3Windowsize=2Windowsize=2泰州职业技术学院电子与信息工程系江苏省特色专业——计算机应用技术网络层•网络层为网络设备提供逻辑地址，负责数据从源端发送到目的端，负责数据传输的寻径和转发。•IP地址属于网络层地址，用于标识网络中的节点设备，由32bit构成，每8bit一组，共占用4个字节，IP地址由两部分组成，网络位和主机位。网络位主机位10101100000100000111101011001100172161222041286432168421泰州职业技术学院电子与信息工程系江苏省特色专业——计算机应用技术IP数据包格式总长度(16比特)标识(16比特)TTL(8比特)目的IP地址(32比特)选项(0or32ifany)数据32比特20-60字节版本(4)头长度(4)TOS(8)标志(3)段偏移(13)协议(8比特)校验和(16比特)源IP地址(32比特)泰州职业技术学院电子与信息工程系江苏省特色专业——计算机应用技术•主要用于:1.测试目的端的可达性(ping)2.测试到达目的端的路径(tracert,traceroute,扩展ping)ICMP(网际控制消息协议)IPheaderICMPmessageTypeCodeICMPheaderICMPdatachecksum8bit8bit16bitICMPheader泰州职业技术学院电子与信息工程系江苏省特色专业——计算机应用技术ARP协议和RARP协议泰州职业技术学院电子与信息工程系江苏省特色专业——计算机应用技术数据链路层—构成•IEEE802.3数据链路层LLC层MAC层•MAC层管理网络设备的物理地址，物理地址也被称作MAC地址。•LLC层主要负责对各种网络协议进行封装，使得协议能在物理线路上传输。LLC帧在传输不同网络协议的时候是需要SAP（serviceaccesspoint,服务访问点）来区分。泰州职业技术学院电子与信息工程系江苏省特色专业——计算机应用技术两种不同的MAC帧格式•常用的以太网MAC帧格式有两种标准：–DIXEthernetV2标准–IEEE的802.3标准•最常用的MAC帧是以太网V2的格式。数据源地址帧检测序列类型目的地址可变2664XXXXXXXXXXXX由厂商分配给设备由IEEE分配给厂商(如:锐捷网络00-D0-F8)前导位MAC地址8泰州职业技术学院电子与信息工程系江苏省特色专业——计算机应用技术技术原理——HUB工作原理泰州职业技术学院电子与信息工程系江苏省特色专业——计算机应用技术Hub工作原理•实现对比特的操作，当一个比特进入集线器接口的时候，集线器简单地将该比特从所有其他接口传送出去。物理层PCAPCBPCCPCD泰州职业技术学院电子与信息工程系江苏省特色专业——计算机应用技术Hub工作原理•CSMA/CD当PCA要发一个数据包给PCD的时候,首先PCA要先听HUB的链路上是否有数据在跑,如果有那么PCA等待,如果没有那么PCA将数据包发出.这样的做法是由于HUB上的链路是共享的,所以采用了发数据包之前先进行冲突检测的方法,那么我们称为CSMA/CD.物理层空闲听PCAPCBPCCPCD泰州职业技术学院电子与信息工程系江苏省特色专业——计算机应用技术Hub工作原理•CSMA/CDHUB上的链路是共享的,所以如果HUB上有数据在转发,那么此时PCA需要等待.物理层听PCAPCBPCCPCD有数据转发继续听泰州职业技术学院电子与信息工程系江苏省特色专业——计算机应用技术Hub工作原理•CSMA/CD–现在的情况是PCA和PCB都要发数据,但是两人刚才都检测到HUB上是空闲的.那么两人都发.结果发生了冲突.两人都同时启动BACKOFF动作.随机的生成一个秒数,再发数据包.如果再与其他PC发送的数据包冲突